軋鋼機械設(shè)計

1、D51-1200臥式軋環(huán)機輥系設(shè)計課程設(shè)計說明書D51-1200臥式軋環(huán)機輥系設(shè)計Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill學(xué) 院（系）： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 2015.12.09 y- 24 -課程設(shè)計任務(wù)書-軋鋼機械一、學(xué)生基本信息姓名性別出生年月班級學(xué)科專業(yè)學(xué)號二、課程性質(zhì)與考查方式在學(xué)習(xí)軋鋼機械設(shè)計后，進行的課程大作業(yè)，主要目的是掌握軋鋼機械設(shè)計所學(xué)內(nèi)容。成績考核辦法：1、日常出勤情況考核，為期3周（11月18日至1

2、2月9日）；2、中期進度情況、完成情況考核；3、課程設(shè)計答辯，考核任務(wù)完成數(shù)量與質(zhì)量，評價學(xué)生課程設(shè)計成績。三、課程目標（一）設(shè)計的目的及要求1、機自專業(yè)冶金機械方向軋鋼機械課程設(shè)計的目的是綜合運用所學(xué)機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機械零件及其課程設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課的理論知識，按照軋鋼機械設(shè)計專業(yè)課及其行業(yè)相關(guān)標準要求，對軋鋼機的主要部分如軋輥、機架、壓下裝置、平衡裝置等進行設(shè)計。學(xué)習(xí)軋鋼機機構(gòu)的典型形式、各零部件的作用與裝配關(guān)系、承載特點和設(shè)計計算方法，熟悉機構(gòu)的安全要求與相關(guān)技術(shù)等方面的知識，培養(yǎng)學(xué)生在軋鋼機械設(shè)計中分析問題和解決問題的能力。2、學(xué)生應(yīng)認真閱讀和理解課程設(shè)

3、計任務(wù)書，搜集與分析有關(guān)軋鋼機械設(shè)計參考圖紙與最新的專業(yè)文獻資料，熟悉和學(xué)習(xí)有關(guān)各種最新設(shè)計標準和規(guī)范的內(nèi)容，了解與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的行業(yè)動態(tài)，在教師指導(dǎo)下，獨立、認真、按時完成任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容。3、課程設(shè)計的計算說明書應(yīng)不少于1萬字，繪圖量不少于折合A0圖1.5張。4、要求計算說明書計算準確、公式與圖表格式規(guī)范、文字通順、書寫工整。說明書為打印文檔時，須避免抄襲，應(yīng)獨立完成。5、要求設(shè)計圖的圖面布局恰當(dāng)、字體端正，尺寸與公差標注合理，技術(shù)要求、標題欄與明細欄內(nèi)容周全等滿足工程圖的要求。裝配圖與零件圖都應(yīng)符合最新制圖標準及有關(guān)規(guī)定。當(dāng)采用電子繪圖工具完成繪圖工作時，須避免抄襲，應(yīng)獨立完成。（二

4、）設(shè)計內(nèi)容1、題目：D51-1200臥式軋環(huán)機輥系設(shè)計2、原始數(shù)據(jù)國產(chǎn)D51臥式軋環(huán)機主要技術(shù)參數(shù)型號環(huán)件外徑/mm環(huán)件高度/mm徑向軋制力/kN滑塊行程/mm軋制速度/ms-1主電機功率/kWD51-120050012502008005001.592403、完成的工作內(nèi)容完成輥系選型及力能參數(shù)計算（各輥軋制壓力、傳動力矩、主電機容量等），完成輥系設(shè)計。（三）設(shè)計的方法和步驟：1、查閱資料，熟悉題目，明確設(shè)計任務(wù)和要求，綜合分析相關(guān)知識、資料，了解行業(yè)新動態(tài)；2、比較、確定總體與機構(gòu)方案，選擇各零部件形式；3、具體設(shè)計、計算、分析、繪圖等；4、總結(jié)并撰寫設(shè)計說明書。（四）成績考核辦法：1、日常

5、出勤情況考核；2、中期進度情況、完成情況考核；3、課程設(shè)計答辯，考核任務(wù)完成數(shù)量與質(zhì)量，評價學(xué)生課程設(shè)計成績。摘 要環(huán)件軋制又稱環(huán)件輾擴或擴孔，它是借助環(huán)件軋制設(shè)備軋環(huán)機（又稱輾擴機或擴孔機）使環(huán)件產(chǎn)生壁厚減小、直徑擴大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。環(huán)件軋制是連續(xù)局部塑性加工成形工藝，與整體模鍛成形工藝相比，它具有大幅度降低設(shè)備噸位和投資、振動沖擊小、節(jié)能節(jié)材、生產(chǎn)成本低等顯著技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)點。廣泛應(yīng)用在機械、汽車、火車、船舶、航空、 航天、石油化工、核能工業(yè)等領(lǐng)域。分析了軋環(huán)機力能參數(shù)計算、軋環(huán)機工作原理、臥式軋環(huán)機的主要結(jié)構(gòu)，確定軋環(huán)機軋輥的尺寸、咬入條件。學(xué)習(xí)軋環(huán)機機構(gòu)的典型形式、各零部件的

6、作用與裝配關(guān)系、承載特點和設(shè)計計算方法。關(guān)鍵詞：軋環(huán)機；工作參數(shù)；計算Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling millAbstractRing rolling and rolling of ring with a hole, it is by means of the ring rolling equipment of ring rolling mill (also known as the rolling machine or reaming machine) increases as the ring wall thic

7、kness to reduce, increase the diameter and section contour forming of plastic processing technology. Ring rolling is a continuous local plastic forming technology, which has the advantages of great reduction of equipment tonnage and investment, low vibration, low vibration, energy saving and low cos

8、t, etc. Widely used in machinery, automobiles, trains, ships, aviation, aerospace, petrochemical, nuclear energy industry and other fields.The calculation of force energy parameters, working principle and main structure of the rolling mill are analyzed, and the dimension and biting condition of the

9、roller are determined. The typical form of the mechanism of the rolling mill, the relationship between the components and the assembly, the bearing characteristics and the design calculation method.Keywords: rolling mill; working parameter; calculation目 錄摘 要IIIABSTRACTIV1 緒 論11.1 環(huán)件軋制技術(shù)簡介11.2 軋環(huán)機的分類

10、與技術(shù)參數(shù)31.2.1 軋環(huán)機的分類31.2.2 軋環(huán)機的技術(shù)參數(shù)42 軋環(huán)機力能參數(shù)計算52.1 軋環(huán)機的工作原理52.2 環(huán)件軋制力的計算52.2.1 接觸面積的計算62.2.2 環(huán)件軋制時平均單位壓力pC的確定82.3 軋環(huán)機傳動軋輥所需力矩的計算112.3.1 軋制力矩計算112.3.2 附加摩擦力矩計算132.3.3 空轉(zhuǎn)力矩的計算143 臥式軋環(huán)機的主要結(jié)構(gòu)163.1 臥式軋環(huán)機的結(jié)構(gòu)方案163.2 臥式軋環(huán)機的主要構(gòu)成183.2.1 機座183.2.2 主滑塊183.2.3 定心裝置193.2.4 軋輥203.3 主傳動22參考文獻23致 謝241 緒 論1.1 環(huán)件軋制技術(shù)簡介

11、盤環(huán)件軋制是生產(chǎn)無縫環(huán)件的主要方法，盤環(huán)件軋制設(shè)備可以根據(jù)環(huán)件的形式和用途，分別稱為軋環(huán)機（軋軸承環(huán)、套、盤類環(huán)件等）、車輪軋機和齒輪軋機等。盤環(huán)件軋制設(shè)備的用途很多，像軸承環(huán)、齒圈、輪轂、回轉(zhuǎn)軸承、法蘭、航空器用環(huán)形部件、閥體、核反應(yīng)堆部件等，都可以采用盤環(huán)件軋制方法生產(chǎn)?？绍堉骗h(huán)件的金屬種類眾多，如碳素鋼、低合金鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱合金、高強度和抗高溫鎳合金、鈦合金、鋁合金及其他一些非鐵合金等。通過改變軋輥形狀及生產(chǎn)工藝，可以生產(chǎn)出多種斷面形狀的盤環(huán)件。橫斷面形狀為矩形的環(huán)件叫矩形斷面環(huán)件，沿橫斷面周邊上任一點所做的切線交于斷面之中的環(huán)件為異形斷面環(huán)件。軋制盤環(huán)件的尺寸范圍較大，外徑在

12、758000mm、高度在152mm、質(zhì)量在0.482000kg范圍內(nèi)的盤環(huán)件都可以采用軋制方法生產(chǎn)。其中，大約90%的環(huán)件尺寸范圍為：外徑240980mm，高度70210mm，壁厚1648mm。經(jīng)過改造的軋機還可以軋制壁厚與高度比為161的盤類環(huán)件，以及高度與壁厚比為161的筒類環(huán)件。環(huán)件軋制成形是一個逐步變形的過程。在軋制過程中，金屬的晶粒排列逐步與環(huán)件的周線相一致，因此得到的周向纖維致密均勻，而且在與環(huán)件橫截面的外輪廓一直保持平行的狀態(tài)下，沿周線擴展，最后形成與要求形狀相接近的晶粒連接體，即環(huán)件。此外，由于軋環(huán)的生產(chǎn)具有效率高、尺寸精確，尤其是能顯著降低材料消耗(一般材料利用率可達到90%

13、)等許多的優(yōu)點，所以軋環(huán)機得到了廣泛的應(yīng)用。通常的環(huán)件軋制工藝是在生產(chǎn)開始時，將圓鋼鋸切或剪切成所需體積的鋼坯，加熱后用鍛錘（壓力機）拍扁，然后沖孔，再放置于軋環(huán)機上進行軋制。隨著軋制過程中芯輥朝主軋輥方向的進給運動，毛坯壁厚減小，環(huán)件沿周向延伸，徑向尺寸最終擴大到所需尺寸。圖1.1是環(huán)件變形示意圖。在工件的軸向（主軋輥對面）再布置一組軋輥，對工件施加軸向變形，控制環(huán)件的高度，協(xié)調(diào)軋輥和被軋環(huán)件的速度差，這種軋制方式為徑向軸向軋環(huán)過程，如圖1.2所示。圖1.1 環(huán)件變形過程11-工件；2-芯輥；3-主軋輥；4-導(dǎo)向輥；5-測量輥圖1.2 徑向-軸向軋環(huán)過程1a-軋制開始；b-隨動開始；c-軋制

14、結(jié)束環(huán)件軋制與板帶生產(chǎn)過程相比起步較晚，自19世紀火車車輪的大量使用才開始了軋環(huán)生產(chǎn)過程。1842年英國人保曼（Bodmer）為曼徹斯特一家公司設(shè)計出第一臺軋環(huán)機。1849年由德國的Alfred Krupp率先試驗火車車輪軋制生產(chǎn)，18531854年制造出由他設(shè)計的軋環(huán)機。1854年英國也有了火車車輪軋機，此時的軋環(huán)機主要是用來拓展毛坯的外徑。到了1864年，俄羅斯的奧布霍夫工廠利用同樣的工藝生產(chǎn)出了火車輪轂。當(dāng)時鐵路運輸業(yè)的大力發(fā)展促進了車輪和輪轂的迅速發(fā)展，使得輪轂軋機的作用也有了顯著地提高，這樣輪轂就得到了進一步的校準和成形。到了20世紀初，用來控制高度的輔助軋輥的出現(xiàn)，基本上奠定了軋環(huán)

15、機的模式。到了20世紀60年代用油壓機來代替水壓機，以及計算機的發(fā)展與先進的自控系統(tǒng)在軋環(huán)機上的應(yīng)用，使得軋環(huán)機的性能、產(chǎn)品的精度得到了很大的提高，較小的環(huán)件生產(chǎn)率可達到500800h。目前，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，生產(chǎn)率已提高到1200件h。今天，為更好地滿足市場的需求，軋環(huán)機上配備了各種輔助設(shè)備，盡最大可能完善環(huán)件產(chǎn)品質(zhì)量，提高市場競爭力。目前，世界上主要開展軋環(huán)機設(shè)備研制和環(huán)件技術(shù)開發(fā)的國家有德國、美國、日本、英國、俄羅斯、中國等，其中德國在該領(lǐng)域的研發(fā)水平較高，其產(chǎn)品品種規(guī)格全、使用范圍廣。在我國，濟南鑄鍛研究所在軋環(huán)機的研究和生產(chǎn)方面的工作較為全面。為了滿足國內(nèi)對大型環(huán)件，特別是航天航

16、空工業(yè)對高溫合金和鈦合金大型環(huán)件的需求，我國在20世紀80年代中期開始開發(fā)重型數(shù)控徑向軸向軋環(huán)機。1990年由濟南鑄鍛研究所設(shè)計的1800mm數(shù)控徑向軸向軋環(huán)機研制成功。該機采用徑向軸向軋制原理，工件斷面平直，棱角清晰；采用CNC和電液比例技術(shù)實現(xiàn)碾軋過程自動化；采用余量重新分配的控制系統(tǒng)，可以分別控制工件的外徑、內(nèi)徑或中徑尺寸，減少由于坯料超差所產(chǎn)生的廢品。該軋機的軋制精度高，外徑公差±3mm，高度公差±2mm。此后，我國又陸續(xù)研制成功3000mm、2000mm、800mmCNC軋環(huán)機，CNC系統(tǒng)的軟硬件也在不斷完善和發(fā)展。目前，國內(nèi)擁有軋環(huán)機100多臺，最大輾擴直徑為5

17、500mm。軋環(huán)機在大型化、數(shù)控化和系列化生產(chǎn)方面取得顯著成績。1.2 軋環(huán)機的分類與技術(shù)參數(shù)1.2.1 軋環(huán)機的分類軋環(huán)機按不同的方式分類如下：（1）根據(jù)工件在軋制狀態(tài)下的空間放置形式分類。按照該方法可以將軋環(huán)機分為臥式軋環(huán)機和立式軋環(huán)機兩種類型。立式軋環(huán)機雖然能提供較大的軋制力，但由于外徑受到空間高度的限制，應(yīng)用范圍相應(yīng)受到限制。不過大多數(shù)中小型軋環(huán)機因操作方便而采用立式軋環(huán)機，如生產(chǎn)中小型軸承圈的軋環(huán)機。而臥式軋環(huán)機如果配備有完善的支撐裝置，軋環(huán)外徑可不受任何限制，所以大型軋環(huán)機一般采用臥式。（2）根據(jù)軋輥的空間位置分類。根據(jù)軋輥的空間位置，軋環(huán)機分為徑向、徑向軸向及特殊用途軋環(huán)機。（3

18、）根據(jù)芯輥的數(shù)量分類。軋環(huán)機還可根據(jù)芯輥的數(shù)量分為單芯輥和多芯輥兩種。臺式多芯輥軋環(huán)機用于生產(chǎn)一些小的和中等尺寸的環(huán)件，外徑最大為500mm,最大質(zhì)量為40kg。這種軋機有一個相對于主軋輥偏心的回轉(zhuǎn)臺，其軋制力可達320kn,4個芯輥安裝在回轉(zhuǎn)臺上連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線的偏心距離取決于環(huán)件的厚度。KFRMW是一種由瓦格納公司改造的徑向多芯輥軋環(huán)機，它的特點是配有測量和控制系統(tǒng)，與軋制恒壁厚環(huán)件的KFRW系列軋環(huán)機不同的是，這種軋環(huán)機既能使環(huán)壁厚均勻，又能使環(huán)徑符合要求，避免由于環(huán)坯尺寸上的誤差，導(dǎo)致環(huán)直徑的不均勻，班寧公司的MIRA系列軋環(huán)機和瓦格納公司的RWM系列軋環(huán)機，都有一個主軋輥和兩個各自

19、用液壓缸驅(qū)動的芯輥，一個芯輥主要用于裝和取環(huán)件，另一個芯輥則用于軋制。瓦格納公司的HRW系列軋環(huán)機也有兩個芯輥，它主要用于軋制斜齒輪這一類有內(nèi)法蘭的環(huán)件。（4）根據(jù)工件的軋制溫度分類。根據(jù)工件的軋制溫度，軋環(huán)機可以分為熱軋和冷軋兩種形式。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，環(huán)件冷輾軋的應(yīng)用逐漸增加。冷輾軋能使工件最大限度地接近成品件，具有材料的利用率高、切削加工量少、工件質(zhì)量好等優(yōu)點。目前，國產(chǎn)的D55M型和JK型系列冷軋環(huán)機使用效果也較好。1.2.2 軋環(huán)機的技術(shù)參數(shù)根據(jù)環(huán)件的用途，軋制過程可以是閉式的，也可以是開式的。UMIST（曼徹斯特大學(xué)理工學(xué)院）的試驗軋機就是這種類型的軋機，這種軋機的特

20、點是芯輥可以上下運動，以利于環(huán)件在軋制前后的上料和下料。徑向軋環(huán)機是由于軋制軸對稱截面的環(huán)件。如果環(huán)件變形主要集中在環(huán)件周向的擴展上，利用閉式孔型軋制效果較好。德國一家生產(chǎn)原子反應(yīng)堆部件的公司，就有一架徑向軋制力可達45MN的軋環(huán)機，它可以生產(chǎn)外徑10m、高4m的原子反應(yīng)堆堆芯。表1.1 國產(chǎn)D51-1200臥式軋環(huán)機主要技術(shù)參數(shù)1型號環(huán)件外徑/mm環(huán)件高度/mm徑向軋制力/kN滑塊行程/mm軋制速度/ms-1主電機功率/kWD51-120050012502008005001.592402 軋環(huán)機力能參數(shù)計算2.1 軋環(huán)機的工作原理軋環(huán)機的主要結(jié)構(gòu)包括機座、主滑塊、主軋輥及抱輥裝置、軸向軋輥裝

21、置和主傳動等幾部分，依靠軋輥的旋轉(zhuǎn)與壓下對軋件進行軋制。環(huán)件軋制如圖2.1所示，在主軋輥作用下環(huán)件通過主軋輥與芯輥構(gòu)成的孔型（輥縫）產(chǎn)生壁厚減少、徑向伸長、直徑擴大的軋制變形。環(huán)件軋制的主軋輥和芯輥直徑相差懸殊，而且是主軋輥單輥驅(qū)動，芯輥僅為空轉(zhuǎn)輥，它在環(huán)件與其接觸面的摩擦力作用下隨環(huán)件轉(zhuǎn)動.軋制中由于壓力輥（參見圖2.1，在臥式軋環(huán)機中壓力輥為芯輥）的徑向進給運動，軋制孔型的高度逐漸減少。環(huán)件反復(fù)通過高度變化的孔型軋制多轉(zhuǎn)才最終完成軋制變形。因此，環(huán)件軋制與普通軋制有著顯著的不同，它既是單輥驅(qū)動的異步軋制，又是多道次軋制。要使環(huán)件產(chǎn)生穩(wěn)定軋制變形以獲得合格的軋制環(huán)件，則不僅要使環(huán)件能咬入孔型

22、和鍛透，而且還要使環(huán)件有一定整體剛度。圖2.1 臥式軋環(huán)機環(huán)件軋制簡圖11-主軋輥；2-環(huán)件；3-導(dǎo)向輥；4-芯輥2.2 環(huán)件軋制力的計算環(huán)件軋制仍屬縱軋的范疇，但又具有特殊性，可以認為環(huán)件軋制是一種特殊的縱軋。因此環(huán)件軋制力的計算也是基于一般的縱軋理論，并考慮環(huán)件軋制的特點。環(huán)件軋制過程的幾何變形區(qū)如圖2.2所示。圖2.2 環(huán)件軋制過程的幾何變形區(qū)軋制力是指軋件對軋輥作用的合力，只有在簡單軋制下此合力的方向才是垂直的，對普通軋制在在壓下螺絲下測得的力僅是軋制力的垂直分量。一般通稱的軋制力是指軋件和軋輥接觸區(qū)內(nèi)軋制單位壓力與單位摩擦力的垂直分量之和，但是單位摩擦力和軋制壓力相比其值很小，在工程

23、計算中常忽略不計。軋制力的計算公式為：P=pcF (2.1)p=55.7×103×4420 2.46×106N式中 P軋制力；pc 平均單位應(yīng)力； F 軋件和軋輥接觸面積，即接觸表面積在垂直于P力方向的水平投影。2.2.1 接觸面積的計算在接觸面積的計算中應(yīng)該考慮和簡單軋制相比之下環(huán)件軋制的特點。環(huán)件徑向軋制的特點是兩個軋輥直徑不同即傳動的主軋輥直徑大于從動的芯輥直徑，而且軋件為環(huán)狀。在軋輥為圓柱形的情況下，軋件和軋輥的接觸面積可用下是表達:F=BL （2.2） F=200×22.10=4420mm2式中 B軋件寬度，即環(huán)件的軸向高度；L軋件和軋輥的接觸

24、弧長，即接觸弧在垂直于P力方向的投影長度。接觸弧長L的計算，既不同于兩個等徑軋輥軋制的情況，也不同于兩個不等徑軋輥軋制的情況。該計算中要同時考慮主軋輥和芯輥的直徑不同和軋件形狀這兩個突出的特點。視主軋輥、芯輥為圓柱形，根據(jù)軋制理論，軋件對主軋輥與芯輥的壓力大小相等，而方向相反，故兩個軋輥和軋件的接觸面積相等，接觸弧長也相等。圖2.3 環(huán)件軋制變形區(qū)的接觸弧長由圖2.3可知，芯輥與環(huán)件接觸弧的長度可根據(jù)ABO、ABO1求出。在ABO中：L=AB=R12-(R1-Z1)2=2R1Z1-Z12 (2.3)在ABO1中：L=AB=r12-(r1-r1-Z1)2=2r1r1+Z1-(r1-Z1)2 (2

25、.4)上兩式中，Z12和（(r1+Z1)2與環(huán)坯半徑R1和軋輥半徑r1相比值很小，為簡化計算可忽略不計，則：L=AB=2R1Z1=2r1(r1+Z1) (2.5)同理，在CEO、CEO2中可得：L=CE=2R0Z2=2r2(r2-Z2) (2.6)根據(jù)式2.5有2R1Z1=2r1(r1+Z1)，可得：Z1=r1r1R1-r1 (2.7)根據(jù)式2.6有2R0Z2=2r2(r2-Z2)，可得：Z2=r2r2R0+r2 (2.8)已知式2.5等于式2.6，都等于接觸弧長L，所以：L=2R1Z1=2R0Z2 (2.9)將Z1、Z2值代入上式既得：L=2R1r1r1R1-r1=2R0r2r2R0+r2

26、(2.10)令h=r1+r2，則r1=h-r2,將r1代入式2.10，可以得：2R1r1R1-r1h-r2=2R0r2r2R0+r2 (2.11)R1r1h-r2R0+r2=R0r2r2(R1-r1) (2.12)將r2代入式得：L=2R0r2R0+r2=2R0r2R0+r2×hR1r1(R0+r2)R0r2R1-r1+R1r1(R0+r2) =R0R1r1r22hR0R1r1r21r1-1R1+1r2+1R0=2h1r1+1r2+1R0-1R1 (2.13)L=2×3165+1345+1250-1100=22.10mm 2.2.2 環(huán)件軋制時平均單位壓力pc的確定影響平均

27、單位壓力pc的因素很多，除金屬材料固有的性能（化學(xué)成分、組織狀態(tài)）外，還有熱力學(xué)條件的影響因素，即變形溫度、變形速度和變形程度（或加工硬化）。影響金屬應(yīng)力狀態(tài)的因素有軋輥尺寸、軋件尺寸、接觸摩擦、外區(qū)、張力等。根據(jù)以上這些因素，確定平均單位壓力的公式可表達為：pc=nnbs (2.14)pc=1.58×1.37×25.73=55.7Mpa式中 s考慮熱力學(xué)條件影響的單向應(yīng)力狀態(tài)下的瞬時屈服極限，即金屬的變形抗力；nb考慮軋件寬度影響的系數(shù)；n考慮中間主應(yīng)力、外摩擦、外區(qū)、外力影響的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)。（1）應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)n的計算公式為：n=n1n2n3 (2.15)n=1.15&#

28、215;1.37=1.58式中 考慮中間主應(yīng)力影響應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，取值范圍為11.15，對環(huán)件軋制來說，忽略寬展，可看作平面變形，=1.15；n1考慮外摩擦影響的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)；n2考慮外區(qū)影響的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)；n3考慮外力影響的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)。環(huán)件軋制的特點是小壓下量多道次軋制，軋件與軋輥接觸弧長L與軋件的平均厚度hc之比小于1，環(huán)件與軋輥的外摩擦對pc影響很小，故n1可忽略不計。n2考慮了軋件的入口斷面和出口斷面上縱向應(yīng)力分布不均對變形抗力的影響，常用采利柯夫經(jīng)驗公式來確定：n2=Lhc-0.4 (2.16)n2=22.1048.5-0.4=1.37在0.05<Lhc<1范圍內(nèi)公式足夠

29、精確。環(huán)件軋制時沒有縱向張力，盡管壓下使環(huán)坯延伸，致使與變形區(qū)相對的環(huán)坯另一邊形成應(yīng)力狀態(tài)，呈現(xiàn)塑性彎曲，反過來又對變形區(qū)的兩端產(chǎn)生擠推力，但這種情況只有在Lhc1時才會出現(xiàn)，因此可以不考慮n3的影響。（2）軋件寬度影響系數(shù)nb的計算公式為：nb=1+3b-L3bL2h1+L2h (2.17)nb=1+3×200-22.103×200×0.2×22.102×48.51+0.2×22.102×48.5=1.37式中 b、h分別為軋件的平均寬度、厚度； 摩擦系數(shù)； L變形區(qū)接觸弧長度。（3）變形抗力s的計算。金屬變形抗力值一般是

30、通過實驗數(shù)據(jù)得來的，但為了便于應(yīng)用于計算機控制的軋機，北京科技大學(xué)在凸輪壓縮變形試驗機上進行了一百多個鋼種的變形抗力實驗，將試驗結(jié)果整理成相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式：s=0KtKuKr (2.18)s=151.2×1×0.64×0.27=25.73Mpa式中 0基準變形抗力，即變形溫度t=1000、變形速度u=10s-1、變形程度=40%時的變形抗力；Kt變形溫度影響系數(shù)，當(dāng)t=1000時，Kt=1；Ku變形速度影響系數(shù)，當(dāng)u=10s-1時，Ku=1；Kr變形程度影響系數(shù)，當(dāng)真實平均變形程度rm=40%時，Kr=1。Kt、Ku、Kr的計算公式為：Kt=exp(A+BT) (

31、2.19)Kt=e(3.665-2.878×1.273)=1T=t+2731000=1000+2731000=1.273Ku=u10C+DTKu=0.210-0.122+0.186×1.273=0.64Kr=Erm0.4N-(E-1)rm0.4 (2.20)Kr=1.402×0.060.40.589-1.402-1×0.060.4=0.27式中 A、B、C、D、E、N系數(shù)，見表2.1。表2.1 A、B、C、D、E、N系數(shù)鋼種ABCDEN0MpaQ235A3.665-2.878-0.1220.1861.4020.589151.2冷軋變形抗力是冷態(tài)常溫下實驗

32、的結(jié)果，亦可用相應(yīng)公式計算：s=n (2.21)式中 、n與碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)的系數(shù)，見表2.2。表2.2 、n與碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)的系數(shù)1碳的質(zhì)量分數(shù)/%0.140.200.230.310.450.610.971.16n0.290.290.260.260.280.270.280.27Mpa90081085089015801820214022402.3 軋環(huán)機傳動軋輥所需力矩的計算根據(jù)環(huán)件軋制工藝和軋環(huán)機結(jié)構(gòu)的不同，傳動軋輥所需總力矩的計算方法也應(yīng)有所差異，但只要掌握了基本原理，就可以解決不同的問題。軋制時作用在電動機軸上的總力矩Mz由軋制力矩、附加摩擦力矩、空轉(zhuǎn)力矩和動力矩組成，即：MZ=Mi+

33、Mf+Mk+Md (2.22)式中 M軋制力矩； Mf傳至電動機軸上的摩擦力矩； Mk空轉(zhuǎn)力矩； Md動力矩，軋輥運轉(zhuǎn)速度不均勻時，各部件由于有加速或減速所引起的慣性力所產(chǎn)生的力矩；i電動機到軋輥的速比。式中，Mi+Mf+Mk是靜力矩，M是有效力矩，Mf+Mk是無效力矩，推算到電動機軸上的軋制力矩之比值稱為軋機的傳動效率0，即：0=MiMi+Mf+Mk (2.23)2.3.1 軋制力矩計算軋制力矩可以根據(jù)軋件對軋輥的壓力、能耗、摩擦力等來計算。（1）徑向軋制力矩的計算對主軋輥傳動、芯輥從動的軋環(huán)機，考慮軋輥輥頸摩擦，所以軋件作用于芯輥上的合力作用線必切于芯輥輥徑的摩擦圓，如圖2.4所示，傳動主

34、軋輥所需的徑向軋制力矩M也可由式求出。一般熱軋方坯時力臂系數(shù)取0.5，即考慮合壓力通過接觸弧中點的同時也通過變形區(qū)中心，即通過C點，CD=0.5L。另外，由于實際上很小，則假定tan=sin。圖2.4 環(huán)件軋制過程的軋制力與力臂的簡化分析由圖2.4可知，在O1BO2中：sin=a2+1r1+r2+h (2.24)式中 a2P力對主軋輥中心的力臂； r1芯輥半徑； r2主軋輥半徑； 1芯輥摩擦圓半徑； h某道次后的環(huán)件徑向厚度。在O1AD中：tan=0.5L+(1cos)r1+0.5h (2.25)因為很小，即cos1，所以tan=0.5L+1r1+0.5h (2.26)則：a2+1r1+r2+

35、h=0.5L+1r1+0.5h=L+212r1+ha2=r1+r2+h2r1+hL+21-1故,徑向軋制力矩可表示為：M=Pr1+r2+h2r1+hL+21-(1-2) (2.27) M=246×10665+345+1472×65+147×22.10+2×13-13-69 =3.7×109Nmm（2）軸向軋制力矩的計算對于國產(chǎn)D51-1200臥式軋環(huán)機，軸向軋制力非常小為便于計算，?？珊雎圆挥?。（3）矯正力矩Mw的計算和抱輥阻力矩M'的計算軋制過程中，環(huán)件并不是正確的圓形，需要通過抱輥裝置對環(huán)件的塑性彎曲進行矯正。因此便有了矯正力矩Mw

36、和抱輥阻力矩M'。矯正力矩Mw的表達式為：Mw=8M0r2dmax+dmindmax-hdmin-h2-dmin-hdmax-h2 (2.28) Mw=8×1.45×105×345500+494500-150494-1502-494-150500-1502 =2.78×104Nmm式中 M0塑性彎曲力矩，對矩形斷面環(huán)件：M0=0.25Sbh2 (2.29) M0=0.25×25.73×200×1502 =1.45×105Nmm s屈服極限；b環(huán)件周向?qū)挾?；h環(huán)件徑向厚度； dmax該道次環(huán)件的最大外徑； d

37、min該道次環(huán)件的最小外徑； r2主軋輥直徑。2.3.2 附加摩擦力矩計算附加摩擦力矩Mf是指當(dāng)軋件通過軋輥時，在輥頸處與軋機傳動機構(gòu)中所產(chǎn)生的摩擦力矩，它不包括空轉(zhuǎn)摩擦力矩，即軋機無載荷時傳動軋輥所需之力矩，所以附加摩擦力矩Mf可由下式表達：Mf=Mf1i+Mf2 (2.30)式中 Mf1軋輥輥頸處的摩擦力矩；Mf2軋機傳動機構(gòu)中的摩擦力矩。(1)軋輥軸頸處的摩擦力矩Mf1Mf1=P×d1×1 (2.31) Mf1=246×103×379.5×0.02 =1.867×109NmMf1的計算和徑向軋制力矩M的計算關(guān)系密切，前面兩個徑向

38、軋制力矩的計算公式已經(jīng)將其考慮進去了。（2）軋機傳動機構(gòu)中的摩擦力矩Mf2Mf2可根據(jù)傳動機構(gòu)的傳動效率來確定：Mf2=1-1M+Mf1i (2.32)Mf2=10.88-1×3.7×109+1.867×1092.51 =7.59×108Nmm式中 i由電動機之軋輥的傳動比；傳動機構(gòu)的傳動效率。0是整個軋機的傳動效率，如果知道某軋機的0，則可參考近似計算。對新設(shè)計的軋機的傳動形式，按每種部件（如齒輪箱、傳動軸）的效率1、2、n連乘確定，或者單獨計算（要考慮該部件至電動機軸的傳動比）后相加。傳動機構(gòu)的效率可表示為：=M+Mf1iM+Mf1i+Mf2 (2.

39、33)=3.7×109+1.867×1092.513.7×109+1.867×1092.51+0.29×108=2.218×1092.218+0.29×108=88%2.3.3 空轉(zhuǎn)力矩的計算空轉(zhuǎn)力矩Mk是指軋機無載荷時傳動軋機所需的力矩，也是按傳動機構(gòu)的質(zhì)量和軸承中的摩擦圓半徑進行計算的，其表達式為：Mk=Gnndn2in+Mk' (2.34)式中 Gn該部件的質(zhì)量（即軸承中的負荷）； n該部件在軸承中摩擦系數(shù)； dn 該部件的軸頸直徑； in 該部件與電機間的傳動比； Mk'考慮飛輪時飛輪與空氣的摩擦損失

40、。當(dāng)有飛輪時，飛輪與空氣的摩擦損失可用下列經(jīng)驗公式計算：Mk'=60N20n (2.35)N=0.742.5D21+5b10-5 (2.36)式中 飛輪輪緣的圓周速度，ms；D飛輪外徑，m；b飛輪輪緣寬度，m；n飛輪的轉(zhuǎn)速，rmin。對于某一已掌握其空轉(zhuǎn)力矩在總力矩中所占比例的軋機，可按經(jīng)驗百分比確定其空轉(zhuǎn)力矩。3 臥式軋環(huán)機的主要結(jié)構(gòu)3.1 臥式軋環(huán)機的結(jié)構(gòu)方案臥式軋環(huán)機的常見結(jié)構(gòu)方案有5種，如圖3.1所示。臥式軋環(huán)機5種結(jié)構(gòu)方案的結(jié)構(gòu)特點和用途列于表3.1。表3.1 臥式軋環(huán)機結(jié)構(gòu)方案的特點及用途方案結(jié)構(gòu)特點優(yōu)缺點用途軋輥支撐AB環(huán)件直徑軋機總剛度軋輥受力情況結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度主軋輥芯輥

41、a懸臂懸臂芯輥外側(cè)不受限制最低最差最簡單生產(chǎn)寬度小、變形抗力小、尺寸精度低的環(huán)件b懸臂非懸臂芯輥外側(cè)芯輥外側(cè)受限制較低較差較簡單生產(chǎn)軸承套圈之類的環(huán)件c懸臂非懸臂主軋輥外側(cè)主軋輥外側(cè)不受限制較低較差稍復(fù)雜生產(chǎn)軸承套圈之類的環(huán)件d非懸臂非懸臂芯輥外側(cè)芯輥外側(cè)受限制較低好稍復(fù)雜生產(chǎn)一般合金鋼寬度較小的環(huán)件e非懸臂非懸臂不受限制較高好復(fù)雜生產(chǎn)各種合金鋼中等寬度的斷面尺寸精度高的環(huán)件a兩輥均為懸臂b主動輥懸臂，被動輥支撐，支座在被動輥外側(cè)c主動輥懸臂，被動輥支撐，支座在主動輥外側(cè)d兩輥支撐，支座在被動輥外側(cè)e兩輥支撐，支座在主動輥外側(cè)圖3.1 臥式軋環(huán)機的結(jié)構(gòu)方案對照圖3.1和表3.1可以看出，圖3.

42、1a所示的結(jié)構(gòu)最簡單，懸臂的兩個軋輥受力情況最不好，底座在軋制時產(chǎn)生彎曲變形，因而軋機的總剛度最低。所以這種軋環(huán)機只能生產(chǎn)斷面尺寸精度要求不高、變形抗力小且寬度小的環(huán)件。圖3.1b、c、d屬于中間狀態(tài)。圖3.1e所示的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效果較好。它的主要優(yōu)點是加壓缸放在總軋制力作用線附近，上下各部件所承受的載荷和由此而產(chǎn)生的變形比較均勻。因此這種軋環(huán)機軋制出的環(huán)件厚度和圓柱度的精度均較高，其次是底座不承受軋制載荷。但如果用于生產(chǎn)變形抗力大且寬度大而厚度小的環(huán)件，可能會存在以下問題：在軋制時，由于應(yīng)力回線較長，而且是空間的，因此受力的部件變形較大，有的零件在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)都產(chǎn)生彎曲變形，這就降低了軋

43、環(huán)機的總剛度。這不僅不利于軋制寬而薄的和變形抗力大的環(huán)件，而且也增加了加壓缸的能耗。如果加大受力部件的截面尺寸，可以提高剛度，但這樣會增加相應(yīng)部件的質(zhì)量，使設(shè)備變得大而笨重。3.2 臥式軋環(huán)機的主要構(gòu)成3.2.1 機座機座是臥式軋環(huán)機的主要部件，通常采用鑄鋼件，其結(jié)構(gòu)類似兩條兩在一起的滑軌。通常，由于機座要承受較大的縱向拉力，所以應(yīng)具有較高的強度和剛度。3.2.2 主滑塊圖3.2 主滑塊結(jié)構(gòu)11-芯輥；2-芯輥支架；3-主軋輥；4-主油缸；5-鎖緊裝置；6-主滑塊；7-柱塞；8-螺母主滑塊的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。主滑塊6用鋼板焊接而成，要求有較大的剛度，既可支撐芯輥1，又可承載主油缸4和芯輥支架

44、2。主油缸的柱塞7固定在主軋輥3的輥座上。上料后，將支架端部放下，與芯輥的上部錐面緊密配合，并通過鎖緊裝置使芯輥支架與芯輥不脫開。當(dāng)軋環(huán)機正常工作時，油泵打出的液壓油，從柱塞上的a口進入主油缸；同時經(jīng)b口由充液箱通過充液閥向主油缸內(nèi)大量充油，使主滑塊空程快速前進。當(dāng)芯輥接觸到環(huán)件后，系統(tǒng)的油壓逐漸升高，充液箱的油流停止進入主油缸。此時，主滑塊帶動芯輥開始對環(huán)件加力，軋制也開始進行。芯輥上下端部均設(shè)有滾動軸承支撐，可隨同環(huán)件一起旋轉(zhuǎn)。將下部的螺母8旋下便可更換芯輥。3.2.3 定心裝置定心裝置又叫抱輥裝置，由一對可以隨動的抱輥組成。為了滿足軋制時對環(huán)件的正確導(dǎo)向與盡可能減小環(huán)件橢圓度的要求，對定

45、心裝置在運動速度、定心力和減小橢圓度方面提出如下要求：（1）開始軋制時，定心輥要能較快地接近環(huán)件，當(dāng)離環(huán)件較近時，能以慢速與環(huán)件接觸。（2）軋制過程中，定心輥能以設(shè)定的定心力與環(huán)件接觸，以消除環(huán)件左右晃動，起到良好的導(dǎo)向作用。隨著環(huán)件直徑增大，定心輥能緩慢地向外退讓，其速度是可調(diào)的。如果在軋制過程中，環(huán)件出現(xiàn)劇烈晃動而超過設(shè)定的定心力，或者生產(chǎn)人員對定心輥的運動速度及定心輥設(shè)定的定心力控制不當(dāng)時，定心輥還能自動退讓，以保護機械設(shè)備不致受損。（3）軋制接近終了時，定心輥的速度和定心力均可按生產(chǎn)人員的意圖進行微調(diào)，以便獲得盡可能圓的環(huán)件。定心輥的運動軌跡應(yīng)當(dāng)有利于得到橢圓度小的環(huán)件。（4）軋制終了

46、后，定心輥能以較高的速度張開，以便迅速卸下軋好的環(huán)件。定心裝置通過數(shù)控系統(tǒng)控制，可白動調(diào)整定心輥的位置以及施加定心力的大小。圖3.3 定心輥的最佳位置1主軋輥；2坯料；3芯輥；4定心輥；5成品軋件定心裝置多種方案和措施，動作原理除能滿足上述要求外，定心輥還要有一個最佳位置，如圖3.3所示，即在軋制過程中，定心輥和主軋輥與環(huán)件外圓相接觸的3個點，應(yīng)恰好形成一個理想的幾何圓，且圓心正好位于兩定心輥的中心線上。從圖中可以看到，定心輥中心的運動軌跡與軋環(huán)機中心線的夾角為45°，且定心輥的行程在軋環(huán)機中心線上的投影長度為：H=(D-D0)2 (3.1)H=557.5-5002 =28.75mm式中 H定心輥的行程在軋環(huán)機中心線上的投影